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1、 染料化学发展的历程与面临问题的综述 学校：四川师范大学 学院：化学与材料科学学院 班级：2010级5班 姓名：蹇磊 摘要：世界纺织印染行业格局的调整, 使我国已成为世界第一纺织大国。染整加工在提升纺织品的品质、 增加其附加值和市场竞争力等方面发挥着重要作用。但必须看到, 我国目前还不是一个纺织强国。面对高速发展的经济形势,我国提出了坚持走科技含量高、 资源消耗低、 环境污染少和充分发挥人力资源优势的新型工业化道路,这为我国从纺织大国发展为纺织强国,坚持可持续发展指明了方向，这是对染料化学提出的一个要求。接来我们将要探讨染料化学发展的历史以及展望未来，面临有关社会一些问题和解决方案。 关键词：
2、 染料化学 发展的历程 面临的问题一：染料化学发展的历程 1.古代中国的染料化学古代精美的丝绸使我国早已驰名世界,这除了祖先有高明手工技术外,伴随丝绸的染料也是我们祖先又一重大的发 明,远古的人们不但爱美而且创造了美,通过染料的发现和应用织出了五彩缤纷的纺织品,点缀着祖先们贫乏的物质文化生活祖先在长期的生产实践中,懂得某些矿物 、植物可对织物或纱线染色,而后又掌握了各类染料的提取,染色等化学工艺。 最早的染料几万年前一山顶洞人时代,天然的赤铁矿粉已被祖先用于涂染 串珠贝和筋绳,直至春秋战国时期,仍然用这种红色染料涂染粗劣的麻织物品,制作的衣服当时叫褚衣,无领 的赫衣则为罪犯的 囚衣从远古到西汉
3、,除使用红色天然赤铁矿粉猪石外,其它的天然矿物颜料也使用得不少,如有染红的朱砂,染白的绢云母、染黄的石黄 、染绿的石绿还有雄黄、雌黄 、红土 、白土等，湖南长沙马王堆一号汉墓中出土的汉初的朱红菱纹罗绵袍上的朱红色,经射线衍射分析,它的谱图就和六方晶体的红色完全相同可见,最早的染料是天然矿物颜料最早的直接性植物染料 古代能工巧 匠们不但会 用夭 然矿物颜料,他们还发现很多有色植物的液汁也可作染料,开辟出了植物染料,使染料添了一个新家族,据化学性质和染色的方法不同,分成了直接性染料 、盐基性染料、媒染性染料和还原氧化染料等。我国古代用矿物颜料染丝绸纤维的方法，称为石染。而利用染草(植物染料)着色的
4、方法，称为草染。们矿物颜料作为施色剂使用的历史，远远早于植物染料，但随着植物染料品种扩大，染色助剂的应用以及媒染和套染为主的染色技术的发展，使丝绸的颜色色谱不断扩展，染色质t不断提高，草染逐渐成为染色的主要方法。传统染色工艺技术条件也基本相似，染色方式均以手工操作的“一缸二棒”为主，而在操作要求和所用器具方面略有不同。(一)石染由于矿物颜料与纤维之间没有亲和力，不能发生化学反应，只是以物理性的沾染而附着，故一般要借助某些介质，如淀粉(糊)，树胶等猫合剂使色彩着色于纤维上。把研磨成极细粉末的矿物颜料，用粘合剂制成浆液(亦有颜料水磨后，不用任何戮合剂的)，以涂刮或浸泡的方式将覆在丝绒或织物上，晾干
5、即可，亦可进行多次涂刮或浸泡来达到所需色彩。(二)草染草染是将织物置于用植物染料配制的染液中浸渍，给纤维着色的工艺，也谓之“浸染”。浸染技术在近代也是一项基本的染色方法。植物染料虽然能和纤维发生染色反应，但由于与纤维的亲和力比较小，又因植物染料的色素含童较低，浸染一次只有较少量染料附着于纤维上，得色不深。要染成浓艳的色泽，就要反复多次浸染，在两次浸染之间，要将纤维晾干，使后次浸染时能吸收更多染料，这种染色方法被称为“多次浸染”。古时除采用多次浸染外，还有用两种或两种以上的植物染料“套染”的染色工艺，使纤维染出更多的色调。“2.现代的染料化学在现代化学工业中了染料化学一直起着举足轻重的作用。在我
6、们的生活中染料和颜料可以说是最为广泛的合成有机物质。继拍金的这一首次发现之后,染料化学已经取得了巨大的进展。但是,一个多世纪以来工业研究的方法几乎没有什么改观。新染料的发现只不过是某种机遇,其研究土作从属子纺织工业。然而,本世纪七十年代初期情况发生了变化纺织工业进入衰退时期,染料研究受到了限制,抚先权被放到合理性和经济性一面，这时化学家们便井始认真地考虑如何用理论的方法去提高染料研究的经济效益。同时,他们还面临着日益增长的来自其它非纺织领域中对特殊染料的需求。就在这个时期 ,PPP-MO法越来越被人们视为拼种预测染料颜色性能相帮助设计许多新用途的最有然最可靠的方法。该方法与古老的休克尔分子轨道
7、法相似，二者都假是电子体系，可以用独立于一电子之外的方法去处理。然而休克尔分子轨道法忽略了龟子间的排斥作用,因而跃迁能量乃至染料颜色之计算会出现很大误差扩电子的排斥作用被包含到了PPP法中,但是要对其进行计算必须得将LCAO原子轨道的线性组合系数Cr，n考虑进去。这样,首先需要进行HMO许算Cr，n，再按照这套近似值再去估算的排斥能。把排斥项考虑进去之后，进行一次重复计算便可给出另一套改进的Cr，n值。这样反复进行计算,直到不再有所改进为止。最后所得的分子轨道被称做是自洽的。这样便可根据轨道能级和电子排斥项Cr，n。后者允许单线态和叁线态之间存在差异来计算跃迁能量。最后的改进要涉及构型型互作用
8、的处理。处理的方法是将分子中各种不同激发态的电子构型进行组合以给出一组激发态。基态与第一激发单线态间的能量差就是第一吸收带的跃迁能。对某一分子而言,某些输入参数需要其绝对数值（如分子的九何形状或一电子数目）,而另一些则可取半经验量（如康子的电离能或电子亲和能）。这样, 通过改变模型化合物的这些参数并把经验和计算的波长紧密地结合起来,就会使方法本身所固有的近似性得以补偿（如忽略电子的效应）然后还可将这些参数用于其他结构。困难在于如何找出一套恰当的有限参数组使之适合于有机染料的各种不同的结构类型。在利兹大学里经过好几年的时间发展了一套实用的有限参数并把它们用于1000多种不同的结构。考虑到立体效应
9、和溶剂效应可能引起的max计算值和实验值之间的很大偏差这一方法确是一个有效的可靠的预侧性手段。为使溶剂效应减少到最小程度,我们在非极性溶剂中光谱测量的基础上对参数进行了估计。通常假定分子处于非平面几何构型,这样便可以忽略空间效应的影响。3.染料化学的前景 许多染料体系的氧化一还原性质是十分有名的,不论有无光化学激发都可以发生 。例如在油箱 中,某些染料金属络合物的氧化一还原性质能被 用于产生看不出的氧气阴极还原,连带着燃料在阳极氧化。染料在电焊条上的光电性质已评论,而光电导性 、光 电池以及半导体性质被评议。染料在 电子感光中有极其重要的应用,例如静电印刷术和照相平版印刷术,这里应用。例如静电
10、印刷术和照相平版印刷术,这里应用了染料吸收光和敏化无机层（例如氧化锌 ）和有机层（例如 聚乙烯咔哇）光电导性的能力 。潜象在该层产生 ,法是首先使其在黑暗中电至大约500800伏,然后通过光电导作用使图象暴光部分的电荷消除，（未暴光部分层起, 到绝缘体作用 ,能保留电荷）。然后通过在带电部分吸收一种非常细的有色粉末，能显影,将粉末加热到其熔点,即可永久地固着。 染料的光致氧化还原性质的潜在应用已引起搞研究的化学家的极大注意,即利用太阳能转换,但是还需找到一些商业出路 。一种方法是使用一个电解槽 ,太阳能使得槽中的水离解成氢气和氧气 ,因此提供了一种有价值的、生态可接受的化学燃料 。按上述原理工
11、作的各种设备已设计出来 ,但实用局限性相当大 。一些可以使用的染料是叶琳 、二甲基紫精双 阳离子 、荧光素、四溴荧光素。 太阳能转换 中运用的第二种方法是直接在光电池产生电流。例如某些部化青或酞花青类的染料暴露于阳光下将产生一个横穿层状系统的电位差。到 目前为止该类装置的效率比常规的硅光电池低得多 ,但前者具有潜在的节省成本的优点,因此对以染料为基础的光 电池很可能继续研究。科学家在研制各种电器时,总是企图用有机材料替代无机物,染料和类似染料的分子首先获得考虑。因此只要有更便宜的、更易生产的、纯化加工的有机等效物替代无机物的商业需要,那么开发新型的电活化染料和染料一聚合物体系就将持续不断。 这
12、些新进展受到 了经济、能源及环境污染等问题的严重影响。在各个 化学行业 ,尤其是染料行业 中,能源和原材料的昂贵 、政府控制的加紧及环境污染 问题 日益成为主要因素。因此,在染料研究和发 展方 面带米的副作用也就很清楚 ,即基础研究少、革新 少、引进新产品少、新产品引进的成本高、困难大。“毒性管理条例”对新产品的研制和开发 起了削弱 作少。对新染料进行昂贵的毒性试验 ,有耽误或 阻庄新产品投产的危险,因而 阻碍 了低廉产品的研制与开发。故美国的许多染料化学家 已把注意力转移到改进现有产品的生产工艺、降低成本 、发展现有 染料 的新剂型土,同时还要服从政府的调整。从正而米石还是做 了一些研 制与
13、开发工 作,而且还在继续填补 由于从市场上取消用致癌物质已证明的和怀疑的生产的大量染料所 造成的空白。能的节约 与三废 的减少 已成为 带动其他新发展的主要推动力,所以将 继续进行 与这些 推动力有关的研究与开发 。适 合于货币大量 回收的研究 与开发工作还在进行并将继续进行。工艺和环境污染等因素引起了对发展现有染料新剂型的重视。新剂型包括液态 、低粉尘、易溶于水、对溶液稳定及高浓度的粒状和粉状等剂型。二：染料化学面临的问题 由于染料而 引起的环境间题,与其他问题相比,不是那样具有冲击性 ,但由于它们 比较复杂,所以，目前只能从 已知的结果来预测未 来。为了评价一种染料,要根据它的特殊用途和一
14、般用途两个方面,并涉及到环境和毒性全部效应。 1.染料的毒性在最后使用阶段的问题毒物学的性质是评价环境的基 准,具有决定性的影响。对于人 类的毒 性是要确定的主要特性。最重要的因素在于工厂的工人 、加工者以 及最后使用者与染料接触的程度。事实上 ,染料有两种主要 类型。从量上来说,最重要的是大部分染料同人 体仅有少量的或几乎没有接触的,因此,所谓毒性问题,确实只是偶然地出现的。另一类型是染料通过使用,确实同人 体接触的 ,其包括食品染料和化妆品用染料。根据最近的报导,首先研究了对动物致燕效果 ,许多公认的致癌染料的生产很快地压缩了,首先应该废除的第一个染料是甲基黄和二甲氨基偶氮苯。在早期,对于
15、具有各种结构的食品染料 ,为 了找出化学结构与致癌性的关系 ,进行了许多长期的试验。根据试验得到的知识,对于评价一般染料的毒性也是有用的。以同样的标准也能应用于化妆品染料例如 ,毛发用染料 ,在美国的国立癌研究所和其他的试验机关,为了检查它们究竟是否安全进行了广泛的试验。根据目前的结果,在毛发用的染料系统中,所使用的大部分染料,如对苯二胺、二氨基甲苯、二氨基茵香醚等,它们大多数的芳胺一样,在动物试验中没有致癌性。尽管如此,由于它们所引起的副作用,有几个品种不能作为毛发染料。调查了19351972年间,对于职业性毛发染料的使用者 ,由癌引起的死亡率结果表 明,这个数字没有增加。纸用萤光增白剂磺酸
16、系作为典型的例子来看,由于它们具 有非常强的萤光性,所以即使是极低的浓度也能检出。2.染料化学对环境的影响毫无疑义,制造是最辣手的问题。合成的各个阶段 都存在原料和产品间的平衡 ,目的是改变平衡尽量定量地获得产品,但同时引起有竞争反应,致使需要的产品收率下降,而生成不需要的副产物。一般由于染料的合成要经过几个 阶段 ,所 以即使能获得高的收率,仍会生成相当数量 的副产物。即连同溶剂、触媒等辅助材料一起 ,每 1吨最终产品会生成 1吨副产物 。硝化、磺化、重 氮化、无触媒还原、氧化反应等许多的基础反应 ,以及在水溶性中间体和最终产 品分离所必须的盐析工序等 ,都会使废液中含有大量的盐 。另外,在金属络合染料 制造过程 中还会产生铜、格、钻等及从触媒带来 的汞等重金属问题
